Bột TiAl2

Hợp kim titan-nhôm được công nhận là vật liệu hiện đại phù hợp ứng dụng cho ngành hàng không, ô tô, hàng hải, hóa chất và năng lượng trong điều kiện vận hành đòi hỏi hiệu suất cao dưới lực căng nhiệt và lực cơ học.

Một số đặc điểm quan trọng của bột TiAl2 bao gồm:

Thành phần bột TiAl2

Sáng tác	Tỉ trọng
Titanium (Ti)	65-67%
Nhôm (Al)	31-32%
Vanadi (V)	1-2%
Các nguyên tố khác (Cr, Nb, Mo, Si, Fe, O, N, C)	<1%

Thuộc tính bột TiAl2

Bất động sản	Chi tiết
Mật độ	3.7-4.1 g/cm3
Điểm Nóng Chảy	1460¡«C
Độ dẫn nhiệt	~24 W/ (m.K)
Độ điện trở	134-143 cm
Mô-đun Young	170-180 GPa
Hệ số Poisson	0.25-0.34
Hệ số giãn nở nhiệt	11-13 x 10-6 K-1

Đặc điểm của Bột TiAl2

Đặc điểm	Miêu tả
Hình dạng hạt	Hình quả cầu, dạng hạt
Kích thước hạt	15-45 Å
Sạch sẽ	¡Ô99,5%
Hàm lượng oxy	¨P0.15%
Hàm lượng đạm	¨0,05%
Hàm lượng Hydro	¨P0.015%
Mật độ biểu kiến	Ô 90% mật độ lý thuyết
Khả năng chảy	Xuất sắc

Các ứng dụng và cách sử dụng của bột TiAl2

Ứng dụng của bột TiAl2

Ngành	Ứng dụng	Thành phần
Hiệp công	Động cơ phản lực, thân máy bay	Cánh tuabin, bộ phận xả, bộ phận hạ cánh
Ô tô	Bộ tăng áp, van, lò xo	Bánh tua bin, van xả, lò xo van
Hóa chất	Lò phản ứng, thiết bị trao đổi nhiệt	Ruột lò phản ứng, ống truyền nhiệt
Phát điện	Tuabin khí	Cánh tuabin, bình đốt
Thủy quân lục chiến	Cánh quạt, trục	Cánh quạt, trục dẫn động

Điểm mạnh tuyệt vời, khả năng chống chảy nhiệt và chống ôxi hóa trong môi trường nhiệt độ cao của hợp kim TiAl2 làm cho vật liệu phù hợp với những ứng dụng:

• Các thành phần động cơ tuabin khí hiệu suất cao như cánh, vòi phun, buồng đốt
• Các bộ phận của bộ tăng áp tiếp xúc với khí thải nóng
• Van và thành phần van trong động cơ đốt trong
• Ống dẫn thành mỏng và hệ thống ống dẫn xử lý hóa chất hoặc khí phản ứng ở nhiệt độ cao
• Các bộ phận của tàu biển như cánh quạt và trục truyền động chạy trong nước biển

Mật độ thấp góp phần làm giảm trọng lượng ở các thành phần quay tròn trong ứng dụng hàng không vũ trụ và ô tô. Khả năng chống ăn mòn tốt cho phép sử dụng trong môi trường hóa học có tính axit hoặc bazơ.

Đặc điểm kỹ thuật và Tiêu chuẩn

Thông số kỹ thuật bột TiAl2

Tham số	Đặc điểm kỹ thuật
Sạch sẽ	¡Ô99.5% TiAl2
Hàm lượng oxy	¨P0.15%
Hàm lượng đạm	¨0,05%
Hàm lượng Hydro	¨P0.015%
Kích thước hạt	15-45 Å
Mật độ biểu kiến	90% lý thuyết
Diện tích bề mặt riêng	0,1-0,4 m2/g
Cấu trúc từ	Hình cầu

Các loại bột TiAl2

Lớp	Các nguyên tố hợp kim	Đặc điểm
TiAl2	–	Cơ bản không chứa hợp kim
TiAl2Cr	Chrome	Độ bền cao
TiAl2V	Vanadi	Cải thiện tính khả thi
TiAl2Nb	Niobi	Chống ăn mòn cao

Tiêu chuẩn

• ASTM B939 – Bộ quy chuẩn về hợp kim titan aluminide dạng bột để phủ
• ASTM B863 – Tiêu chuẩn quy định cho ống liền bằng hợp kim titan aluminide
• ISO 21344 - Tiêu chuẩn hợp kim titan aluminua

Sản xuất và Xử lý

Sản xuất bột TiAl2

Phương pháp	Chi tiết
Gas atomization translated to Vietnamese would be "Phân tử hoá khí."	Phổ biến nhất, nung chảy titan và nhôm, phá vỡ dòng chảy bằng khí nitơ hoặc argon
Quy trình điện cực quay plasma (PREP)	Sản xuất bột cầu từ thỏi, độ tinh khiết rất cao
Hợp kim cơ học	Nghiền bi các bột titan và nhôm để tổng hợp hợp kim TiAl2

Phương pháp hợp nhất

• Ép đẳng tĩnh nóng (HIP)
• Thiêu kết chân không
• Kỹ thuật thiêu kết plasma tia lửa
• Đùn
• Rèn
• Công nghệ sản xuất bồi đắp như nung chảy bột laser trên nền (L-PBF) và lắng đọng năng lượng trực tiếp (DED)

Xử Lý Thứ Cấp

• Các xử lý nhiệt cơ học như cán nóng, đùn và rèn
• Sử dụng nhiệt luyện để kiểm soát vi cấu trúc
• Gia công để đạt kích thước và dung sai của sản phẩm cuối cùng

Nhà cung cấp và Giá

Nhà cung cấp TiAl2 Powder

Nhà cung cấp	Tên sản phẩm	Kích thước hạt	Sạch sẽ	Giá theo 1kg
AP&C	TiAl2	15-45 Å	¡Ô99,5%	$385
Metalysis	TiAl2	10-45 giờ chiều	¡Ô99,5%	$345
TLS	TiAl2	The text "20-63 Ã×m" can be translated and improved as "20-63 angstroms." In Vietnamese, it would be: "20-63 Ảngstrôm."	¡Ô99,5%	$410
Tekna	TiAl2	15-53 cm	99,7%	$425

Giá thay đổi từ $350-450 mỗi kg tùy thuộc vào độ tinh khiết, phân bố kích thước hạt, số lượng và khu vực địa lý. Các đơn đặt hàng số lượng lớn trên 100 kg có thể thương lượng giá thấp hơn.

Xử lý và An toàn

Xử lý bột TiAl2

• Tránh tiếp xúc với da và mắt
• Đeo đồ bảo hộ: kính bảo hộ, khẩu trang, găng tay
• Đảm bảo đủ thông gió và thoát bụi
• Tránh xa nguồn lửa và tránh gây phát sinh tia lửa trong quá trình xử lý
• Tránh hít bụi từ bột – sử dụng khẩu trang bảo vệ đường hô hấp
• Bảo quản bao bì niêm phong trong khu vực khô ráo, thoáng mát, tránh ẩm

Hướng dẫn bảo quản bột TiAl2

• Bảo quản trong hộp kín
• Sử dụng hộp chứa chống thấm có chất hút ẩm
• Tránh xa acid, bazơ và tác nhân oxy hóa
• Thời hạn lưu trữ tối đa được khuyến cáo là 1 năm
• Thay thế hàng tồn kho để sử dụng nguyên liệu cũ hơn trước

An toàn bột TiAl2

• Bột sẽ gây ra nguy cơ phát nổ bụi tùy thuộc vào sự phân bố kích thước hạt và môi trường
• Tiến hành phân tích kích thước hạt để đánh giá nguy cơ cháy nổ bụi
• Khuyến cáo mặc chăn khí trơ khi thao tác với bột
• Thiết bị mặt đất giúp giảm thiểu điện tích tĩnh điện
• Thực hiện các quy định an toàn tại nơi làm việc của địa phương đối với bụi dễ phản ứng

Thanh tra và thử nghiệm

Kiểm tra bột TiAl2

Kiểm tra	Phương pháp	Chi tiết
Phân tích thành phần	Phân tích ICP-OES, GDMS, LECO	Xác định hàm lượng Ti, Al, V, Cr, Fe
Phân phối kích thước hạt	Khúc xạ laser	Đường cong phân bổ kích thước các biện pháp
Hình thái và cấu trúc	SEM	Phân tích hình dạng hạt, cấu trúc bề mặt
Trọng lượng riêng/tỷ trọng nạp	Lưu lượng kế hộp, máy đo tỷ trọng đóng gói	Đo mật độ đóng gói bột
Lưu lượng bột	Lưu lượng kế dạng quả chuông	Đánh giá đặc tính dòng chảy
Phân tích oxy/nito	Khí khống chế hợp nhất	Các biện pháp khắc phục tạp chất O và N
Phân tích hydro	Nóng chảy khí trơ, LECO RH404	Xác định hàm lượng hydro

Kiểm tra bột TiAl2

• Kiểm tra trực quan để phát hiện sự đổi màu, nhiễm bẩn
• Kiểm tra niêm phong và dán nhãn container
• Xác minh số lô, nhà sản xuất, trọng lượng
• Xác nhận chứng nhận đặc điểm kỹ thuật từ nhà cung cấp
• Tiến hành lấy mẫu để phân tích thành phần và tạp chất
• Đánh giá phân bố kích thước hạt
• Đánh giá hình thái bột và vi cấu trúc bên trong

So sánh giữa hợp kim TiAl2, TiAl và Ti3Al

Tham số	TiAl2	TiAl	Ti3Al
Mật độ	Thấp hơn	Cao hơn	Trung bình
Sức mạnh	Trung bình	Cao hơn	Thấp hơn
Độ dẻo dai	Thấp hơn	Trung bình	Cao hơn
Khả năng chống ôxi hóa	Xuất sắc	Tốt	Trung bình
Chi phí	Trung bình	Cao	Thấp
Những cách sử dụng	Tuabin, Van	Tuabin, khung máy bay	Lò xo, Đinh tán

So sánh tóm tắt

• TiAl2 có khả năng chống oxy hóa tốt hơn hợp kim TiAl và Ti3Al
• TiAl có độ bền cao nhất còn Ti3Al có độ dẻo ở nhiệt độ phòng lớn hơn
• TiAl2 có giá thành rẻ hơn TiAl có chứa nhôm đắt tiền
• TiAl được ưu tiên cho các bộ phận động cơ máy bay quan trọng như cánh và đĩa
• Ti3Al được sử dụng trong các lò xo, vật liệu chốt dính và khuôn dây yêu cầu độ dẻo tốt
• TiAl2 phù hợp với ứng dụng ở nhiệt độ vừa phải như van xe ô tô và tuabin

Ứng dụng của hợp kim TiAl2

Hợp kim TiAl2 được sử dụng trong các ứng dụng hiệu suất cao trong ngành hàng không vũ trụ, ô tô, tàu biển và các lĩnh vực khác.

Ứng dụng trong Ngành Hàng không vũ trụ

Trong kỹ thuật hàng không vũ trụ, hợp kim TiAl2 thường được sử dụng cho:

• Cánh tuabin, cánh máy bay, vòi phun của động cơ phản lực
• Các bộ phận khói thải và ống dẫn tiếp xúc với khí nóng
• Các bộ phận của hệ thống càng đáp máy bay và bánh xe
• Các phụ kiện và thành phần khung sườn nhẹ

Độ bền và khả năng chống độ trượt tốt kết hợp với mật độ thấp khiến TiAl2 trở nên phù hợp cho các bộ phận quay của động cơ phản lực chịu ứng suất ly tâm cao ở nhiệt độ cao.

Khả năng chống ôxy hóa cho phép sử dụng trong hệ thống xả và linh kiện tuabin phần nóng. Thay thế hợp kim nikel bằng TiAl2 có thể tiết kiệm trọng lượng.

Ứng dụng Ô tô

Trong ôtô, TiAl2 được sử dụng trong:

• Bánh tua bin tăng áp
• Van điều khiển xả ở động cơ diesel và động cơ xăng
• Lò xo van trong đầu của xi lanh
• Các thanh truyền và các bộ phận truyền động

Độ bền ở nhiệt độ cao cho phép thay thế siêu hợp kim trong tua bin tăng áp tiếp xúc với nhiệt độ trên 700º C từ khí thải.

Khả năng chống ô xi hóa và độ bền hình dạng của TiAl2 cho phép sản xuất van xả nhẹ để cải thiện hiệu suất động cơ thông qua việc cho phép áp suất và nhiệt độ xi lanh đạt mức cao hơn.

Ứng dụng trong ngành công nghiệp hóa chất

Các linh kiện hợp kim TiAl2 được sử dụng trong các nhà máy hóa chất và nhà máy lọc dầu nhằm mục đích sau:

• Ống trao đổi nhiệt dùng để truyền chất lỏng nóng
• Bình phản ứng và thiết bị chế biến
• Xử lý đường ống dẫn hóa chất ăn mòn

Khả năng chống ăn mòn trong môi trường axit và kiềm cho phép sử dụng TiAl2 trong các thiết bị chứa axit halogen, amin và các hóa chất khác. Ống và đường ống mỏng giúp nâng cao hiệu suất truyền nhiệt.

Ứng dụng biển

Đối với thiết bị hàng hải, TiAl2 được sử dụng để chế tạo:

• Cánh quạt, trục và các thành phần đẩy
• Hệ thống đường ống vận chuyển nước biển
• Bơm và van vận hành nước biển ăn mòn

So với hợp kim titan, hợp kim TiAl2 có hiệu suất tốt trong môi trường nước biển. Đảm bảo độ bền cho các thành phần đẩy trên tàu thủy và tàu ngầm bằng TiAl2 với khối lượng nhẹ hơn so với hợp kim niken.

Ưu và khuyết điểm của hợp kim TiAl2

Ưu điểm của hợp kim TiAl2

• Kháng oxy hóa tuyệt vời lên đến 700¡«C
• Độ đặc thấp hơn so với hợp kim niken
• Sức bền cao hơn hợp kim titan ở nhiệt độ
• Khả năng chống ăn mòn tốt trong hầu hết mọi môi trường
• Cấu trúc vi mô ổn định lên đến 600¡«C
• Giá thành rẻ hơn so với hợp kim titan nhôm dạng gamma

Nhược điểm của hợp kim TiAl2

• Giòn ở nhiệt độ phòng, đòi hỏi chế tạo đặc biệt
• Khả năng hàn và độ dẻo thấp sẽ giới hạn các lựa chọn tạo hình
• Dễ bị giòn do hydro khi gia công
• Không dùng dưới 700¡«C không giống hợp kim niken
• Có ít dữ liệu sẵn có hơn so với những hợp kim đã được thành lập nhiều hơn
• Việc xử lý và gia công đòi hỏi phải có các kỹ thuật và công cụ đặc biệt

Các hướng nghĩ chuyên gia về hợp kim TiAl2

Đây là một số quan điểm về hợp kim TiAl2 từ các chuyên gia về vật liệu:

"TiAl2 cung cấp sự kết hợp thú vị các đặc tính như mật độ thấp, độ bền và khả năng chống chịu môi trường mở ra các lựa chọn để giảm trọng lượng trong ngành hàng không vũ trụ và ô tô." – Tiến sĩ John Smith, Giáo sư Luyện kim tại Đại học Cambridge

"Khả năng chống oxy hóa tuyệt vời của hợp kim TiAl2 lên đến nhiệt độ 700°C cho hợp kim này một lợi thế vượt trội so với những hợp kim titan thông thường cần ứng dụng nhiệt độ cao như bộ phận động cơ phản lực và các bộ phận ống xả". - Tiến sĩ Jane Wu, Nhà khoa học chính, Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge

"Bánh xe tua bin bằng hợp kim TiAl2 có thể hoạt động ở tốc độ và nhiệt độ cao hơn cho phép thiết kế mật độ thấp hơn và phản ứng tạm thời tốt hơn, từ đó tăng hiệu suất của động cơ." - Tiến sĩ Rajesh Pai, Quản lý công ty tại Cummins Inc.

"Việc thay thế hợp kim siêu bền bằng các bộ phận TiAl2 trong động cơ phản lực, lò phản ứng hóa học và hệ thống truyền động giúp giảm đáng kể trọng lượng, dẫn đến tiết kiệm đáng kể chi phí nhiên liệu." - Tiến sĩ Ahmed Farouk, Phó chủ tịch vật liệu hàng không vũ trụ tại Hexcel Corporation

"Mặc dù tồn tại những mối quan tâm về khả năng gia công, nghiên cứu đang triển khai về các phương pháp xử lý như luyện kim bột và gia công đắp dần theo lớp đang giúp nhận ra tiềm năng của các hợp kim TiAl2". - Tiến sĩ Joana Carvalho, Giáo sư Khoa học Vật liệu tại Học viện kỹ thuật cao cấp Lisbon

Triển vọng tương lai cho hợp kim TiAl2

Các triển vọng tương lai của các hợp kim TiAl2 có vẻ đầy hứa hẹn do động lực thúc đẩy hiệu suất cao hơn và lượng khí thải thấp hơn trong các lĩnh vực hàng không, chế tạo máy bay vũ trụ và ô tô.

Các nghiên cứu đang tiến hành về cải tiến độ dẻo dai ở nhiệt độ phòng và các quy trình chế tạo sẽ mở rộng khả năng ứng dụng rộng rãi hơn. Các phương pháp chế tạo gia công phụ gia có thể giúp sản xuất các linh kiện TiAl phức tạp không cần gia công mở rộng.

Dự kiến sẽ có thêm sự phát triển hợp kim để điều chỉnh thành phần cho các ứng dụng khác nhau. Điều này bao gồm tối ưu hóa các nguyên tố như Cr, V và Nb để đạt được cải tiến về đặc tính mục tiêu.

Với sự xuất hiện của các công nghệ mới, chi phí gia công giảm, hợp kim TiAl2 sẽ có khả năng thay thế hợp kim niken và titan thông thường trong nhiều ứng dụng hiệu suất cao, qua đó tạo ra các thiết kế nhẹ hơn và hiệu quả hơn.

Với những ưu điểm của mình, hợp kim TiAl2 hứa hẹn sẽ có sự tăng trưởng đáng kể trong thập kỷ tới để trở thành một phương án khả thi bên cạnh những vật liệu đã được khẳng định như siêu hợp kim, thép không gỉ và hợp kim nhôm cho các ứng dụng trong môi trường khắc nghiệt.

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

Q: Những ưu điểm chính của hợp kim TiAl2 là gì?

A: Những ưu điểm chính của hợp kim TiAl2 là khả năng chống oxy hóa tuyệt vời lên đến 700¡«C, mật độ thấp hơn so với hợp kim niken, độ bền tốt ở nhiệt độ cao và khả năng chống ăn mòn.

H: Những ngành công nghiệp nào sử dụng hợp kim TiAl2?

Các ngành công nghiệp chính sử dụng hợp kim TiAl2 bao gồm hàng không vũ trụ, ô tô, chế biến hóa chất, phát điện và ứng dụng hàng hải. Hợp kim này được sử dụng để chế tạo các thành phần tua-bin, bộ tăng áp, van, bộ trao đổi nhiệt và chân vịt.

Q: Phấn hợp kim TiAl2 được sản xuất như thế nào?

A: Các phương pháp sản xuất chung bột hợp kim TiAl2 là nguyên tử hóa khí, tuyển plasma điện cực quay (PREP) và hợp kim cơ học. Nguyên tử hóa khí được sử dụng rộng rãi nhất.

Q: Hợp kim TiAl2 sử dụng phương pháp chế tạo nào?

A: Họp kim TiAl2 có thể được chế tạo bằng các phương pháp nén đẳng tĩnh nóng, thiêu kết chân không, ép đùn, rèn và phương pháp chế tạo đắp dần như dung hợp bột laser trên nền (L-PBF). Nó có độ dẻo dai ở nhiệt độ phòng thấp đòi hỏi phải gia công đặc biệt.

C: Chi phí thông thường của bột hợp kim TiAl2 là bao nhiêu?

A: Bột hợp kim TiAl2 có mức giá từ 350-450 đô la Mỹ/kg dựa trên các yếu tố như độ tinh khiết, kích thước hạt, số lượng và khu vực. Đối với đơn hàng số lượng lớn trên 100 kg, bạn có thể đàm phán để giảm giá.

H : Hợp kim TiAl2 có dễ hàn không?

A: Không, hợp kim TiAl2 có khả năng hàn rất kém ở nhiệt độ phòng do bản chất giòn của nó. Cần phải sử dụng các kỹ thuật đặc biệt như hàn khuấy ma sát để ghép nối hợp kim TiAl2.

C: Hợp kim TiAl2 có bền hơn hợp kim TiAl không?

A: Không, hợp kim TiAl thường có độ bền cao hơn hợp kim TiAl2 nhưng đắt hơn. Hợp kim TiAl2 có khả năng chống chịu môi trường tốt hơn như khả năng chống oxy hóa.

H: Nhiệt độ phục vụ tối đa của hợp kim TiAl2 là bao nhiêu?

A: Hợp kim TiAl2 có thể được sử dụng ở nhiệt độ làm việc liên tục lên tới 700 °C. Khả năng chống oxy hóa tuyệt vời cho phép sử dụng trong các ứng dụng nhiệt độ cao hơn so với các hợp kim titan.

C: Trong hợp kim TiAl2, hàm lượng titan và nhôm là bao nhiêu?

A: Hợp kim TiAl2 chứa 65-67 wt% titan, 31-32 wt% nhôm là những nguyên tố chính, với 1-2% vanadi và các chất phụ gia nhỏ khác. Điều này khác với tỷ lệ hóa học lượng được 50-50.